Celler fra høyere organismer bruker celleorganeller for å skille metabolske prosesser fra hverandre. Slik foregår celleånding i mitokondriene, cellens kraftverk. De kan sammenlignes med forseglede laboratorierom i den store fabrikken til cellen. Et forskerteam ved Goethe-universitetet har nå lykkes med å lage kunstige celleorganeller og bruke dem til sine egne biokjemiske reaksjoner.
Bioteknologer har forsøkt å "omprogrammere" naturlige celleorganeller for andre prosesser i noen tid - med blandede resultater, siden "laboratorieutstyret" er spesialisert på funksjonen til organeller. Dr Joanna Tripp, forsker i tidlig karriere ved Institutt for molekylær biovitenskap har nå utviklet en ny metode for å produsere kunstige organeller i levende gjærceller.
For dette formål brukte hun det forgrenede systemet av rør og bobler i det endoplasmatiske retikulumet (ER) som omgir kjernen. Celler binder kontinuerlig av bobler, eller vesikler, fra dette membransystemet for å transportere stoffer til cellemembranen. I planter kan disse vesiklene også brukes til lagring av proteiner i frø. Disse lagringsproteinene er utstyrt med en "adresseetikett" - Zera-sekvensen - som leder dem til ER og som sørger for at lagringsproteiner "pakkes" der i vesikelen. Joanna Tripp har nå brukt "adresseetiketten" Zera for å produsere målrettede vesikler i gjærceller og introdusere flere enzymer i en biokjemisk metabolsk vei.
Dette representerer en milepæl fra et bioteknisk perspektiv. Gjærceller, syntetisk biologis "kjæledyr" produserer ikke bare mange nyttige naturlige stoffer, men kan også endres genetisk for å produsere industrielt interessante molekyler i stor skala, for eksempel biodrivstoff eller anti-malariamedisin.
I tillegg til de ønskede produktene, forekommer imidlertid ofte uønskede biprodukter eller giftige mellomprodukter. Videre kan produktet gå tapt på grunn av lekkasjer i cellen, eller reaksjonene kan være for langsomme. Syntetiske celleorganeller tilbyr rettsmidler, der bare de ønskede enzymene (med "adresseetiketter") møter hverandre, slik at de fungerer sammen mer effektivt uten å forstyrre resten av cellen eller selv bli forstyrret.
"Vi brukte Zera-sekvensen for å introdusere en tre-trinns, syntetisk metabolsk vei inn i vesikler," forklarer Joanna Tripp. «Vi har dermed laget et reaksjonsrom som inneholder akkurat det vi ønsker. Vi var i stand til å demonstrere at den metabolske banen i vesiklene fungerer isolert til resten av cellen."
Bioteknologen valgte et industrielt relevant molekyl for denne prosessen: mukonsyre, som videreforedles industrielt til adipinsyre. Dette er et mellomprodukt for nylon og andre syntetiske materialer. Mukonsyre er for tiden vunnet fra råolje. En fremtidig storskala produksjon ved bruk av gjærceller vil være betydelig mer miljøvennlig og bærekraftig. Selv om en del av den mellomliggende protokatechuinsyren går tapt fordi vesikkelmembranen er porøs, ser Joanna Tripp på dette som et løsbart problem.
Professor Eckhard Boles, leder for Institutt for fysiologi og genetikk av nedre eukaryoter, observerer: "Dette er en revolusjonerende ny metode for syntetisk biologi. Med de nye kunstige organellene har vi nå muligheten til å generere ulike prosesser i celle på nytt, eller for å optimalisere dem." Metoden er ikke begrenset til gjærceller, men kan brukes for eukaryote celler generelt. Det kan også brukes på andre problemstillinger, f.eks. for reaksjoner som tidligere ikke har kunnet finne sted i levende celler fordi de kan kreve enzymer som vil forstyrre cellens metabolske prosess.
